【C Primer Plus第六版 学习笔记】 第十六章 C预处理器和C库

news2024/11/27 3:48:25

有基础，进阶用，个人查漏补缺

第十五章的内容之前学过，跳过

  1. 预处理之前，编译器必须对该程序进行一些翻译处理

    1. 首先把源代码中出现的字符映射到原字符集

    2. 其次编译器定位每个反斜杠后面跟着换行符的实例，并删除它们（把由于写代码时，一行太长，会用反斜杠\把一行逻辑行变成两个物理行）

    3. 然后编译器把文本划分为预处理记号序列、空白序列和注释序列。此处需要注意的是，编译器将用一个空格字符替换每一条注释，如

      int/* 注释*/fox;
//将变成
int fox;//中间的注释变成了一个空格

  2. C预处理器在程序执行之前查看程序，故称之为预处理器。根据程序中的预处理器指令，预处理器把符号缩写替换成其表达的内容。

  3. 明示常量：#define

    1. 指令从#开始运行，到第1个换行符结束，针对的是一个逻辑行（可以用\进行物理换行）

    2. 类对象宏定义的组成：宏的名称中不允许有空格，需要遵循C变量的命名规则

      #define PX printf("x is %d\n", x)
//预处理指令 宏 替换体

    3. 预处理器不做计算，不对表达式求值，只进行替换

    4. 记号：可以把宏的替换体看作是记号（token）型字符串

      #define FOUR 2*2    //有一个记号2*2，但对于C编译器来说是3个记号
#define six 2 * 3   //有三个记号2、*、3，额外的空格也是替换体的一部分

    5. 重定义常量：假设先把LIMIT定义为20，稍后在该文件中又把它定义为25。

      //ANSI标准在新定义和旧定义完全相同时才允许重定义
#define six 2 * 3
#define six 2 * 3

    6. 在#define中使用参数，即类函数宏：

      1. 为保证运算顺序，要多使用圆括号

        #define SQUARE(X) X*X
#define SQUARE1(X) (X*X)
#define SQUARE2(X) (X)*(X)
int x = 5;
z = SQUARE(x);//z=25
z = SQUARE(x+2);//z= x+2*x+2 = 5+2*5+2 = 17
z = 100 / SQUARE(2);//z = 100/2*2 = 100/2*2 = 100

z = SQUARE1(2);//z = 100 / (2*2) = 25

z = SQUARE2(x+2);//z = (x+2)*(x+2)

      2. 避免使用++x等这种递增或者递减

      3. 用宏参数创建字符串：#运算符

        #define PSQR(X) printf("The square of X is %d.\n", ((X)*(X)))
PSQR(8);//输出The square of X is 64.**注意双引号中的X被视为普通文本，不是记号**

#define PSQR(x) printf("The square of " #x " is %d.\n", ((x)*(x)))
int y = 5;
PSQR(y);//输出The square of y is 25
PSQR(2 + 4);//输出The square of  2 + 4 is 36

      4. 预处理黏合剂：##运算符

        #define XNAME(n) x ## n
int XNAME(1) = 14;//变成int x1 = 14

      5. 变宏参：…和__VA_ARGS__

        #define PR(...) prinf(__VA_ARGS__)
pr("Hoedy");//等于 prinf("Hoedy")

#define PR(X, ...) prinf("Message " #X ": " __VA_ARGS__)
int x = 2;
PR(1, "x = %d\n", x);//即prinf("Message " "1" ": " "x = %d\n", x)
//输出Message 1: x = 2

  4. 宏和函数的选择

    1. 宏生成内联代码，即在程序中生成语句，调用20次宏就生成20行代码。而调用函数20次，在程序中只有一份函数语句的副本，节省空间

    2. 调用函数时，程序控制必须跳转到函数内，再返回主调程序，比内联代码更费时间

    3. 宏不用担心变量类型

    4. 在嵌套循环中使用宏更有助于提高效率

    5. 对于简单的函数，通常使用宏

      #define MAX(X,Y) ((X) > (Y) ? (X) : (Y))
#define ABS(X,Y) ((X) < 0 ? -(X) : (X))
#DEFINE ISSIGN(X) ((X)  == '+' || (X) == '-' ? 1 : 0)

  5. 文件包含：#include

    1. 当预处理器发现#include指令时会查看后面的文件名并把文件的内容包含到当前文件中，即替换源文件中的#include指令。这相当于把被包含文件的全部内容输入到源文件#include指令所在的位置。

    2. #include指令有两种形式：文件名在尖括号或者双引号中

      //在unix系统中
#include <stdio.h>              //查找系统目录
#include "mystuff.h"            //查找当前工作目录
#include "/usr/biff/mystuff.h"  //查找/usr/biff/目录

    3. 头文件实例

      1. names_st.h————names_st结构的头文件

        // 常量
#include <string.h>
#define SLEN 32

// 结构声明
struct names_st
{
    char first[SLEN];
    char last[SLEN];
};

// 类型定义
typedef struct names_st names;

// 函数原型
void get_names(names *);
void show_names(const names *);
char * s_gets(char * st, int n);

      2. names_st.c————定义names_st.h中的函数

        #include <stdio.h>
#include "names_st.h"     //包含头文件

//函数定义
void get_names(names * pn)
{
    printf("Please enter your first name: ");
    s_gets(pn->first, SLEN);
    
    printf("Please enter your last name: ");
    s_gets(pn->last, SLEN);
 }

void show_names(const names * pn)
{
    printf("%s %s", pn->first, pn->last);
}

char * s_gets(char * st, int n)
{
    char * ret_val;
    char * find;
    
    ret_val = fgets(st, n, stdin);
    if (ret_val)
    {
        find = strchr(st, '\n');   //查找换行符
        if (find)                  //如果地址不是NULL,
            *find = '\0';          //在此处放一个空字符
        else
            while (getchar() != '\n')
                continue;          //处理输入行中的剩余字符
    }
    return ret_val;
}

      3. useheader.c————使用names_st结构

        #include <stdio.h>
#include "names_st.h"
//记得链接names_st.c

int main(void)
{
    names candidate;
    
    get_names(&candidate);
    printf("Let's welcome ");
    show_names(&candidate);
    printf(" to this program!\n");
    return 0;
}

      4. 注意：

        1. 两个源文件.c都使用names_st类型结构，所以它们都必须包含names_st.h头文件
        2. 必须编译和链接names_st.c和useheader.c源代码文件
        3. 声明和指令放在names_st.h头文件中，函数定义放在names_st.c源代码文件中

    4. 使用头文件

      头文件中最常用的形式如下：

      1. 明示常量
      2. 宏函数
      3. 函数声明
      4. 类型定义
      5. 使用头文件声明外部变量供其他文件共享

  6. #undef 指令

    用于取消已定义的 #define 指令

    #define LIMIT 40
#undef LIMIT      //可以移除上面的定义

    现在可以将LIMIT重新定义为一个新值，即使原来没有定义LIMIT，该取消也依旧有效；

    如果想使用一个名称，又不确定是否之前已经用过，为安全起见，可以使用 #undef 取消该名称的定义

  7. 条件编译——#ifdef、#else、#endif

    预处理器不识别用于标记块的花括号{}

    缩进与否看个人风格

    #ifdef MAVIS          //如果已经用#define定义了MAVIS，则执行下面的指令
	#include "horse.h"
	#define STABLE 5
#else                 //如果没有用#define定义了MAVIS，则执行下面的指令
	#include "cow.h"
	#define STABLE 5
#endif                //必须存在

    也可以用这些指令标记C语句块

    #include <stdio.h>
#define JUST_CHECKING
#define LIMIT 4

int main(void)
{
    int i;
    int total = 0;

    for (i = 1; i <= LIMIT; i++)
    {
        total += 2*i*i + 1;
#ifdef JUST_CHECKING
        printf("i=%d, running total = %d\n", i, total);
#endif
    }
    printf("Grand total = %d\n", total);
    
    return 0;
}

    输出：

    i=1, running total = 3
i=2, running total = 12
i=3, running total = 31
i=4, running total = 64
Grand total = 64

    如果省略JUST_CHECKING定义（把#define JUST_CHECKING放在注释中，或者使用#undef指令取消它的定义），并重新编译该程序，只会输出最后一行。该方法可用来调试程序。

  8. 条件编译——#ifndef 指令

    #ifndef 和#ifdef 用法类似，也是和#else、#endif一起使用，只是它们的逻辑相反

    有arrays.h

    #ifndef SIZE
	#define SIZE 100
#endif

    有代码

    #define SIZE 10
#include "arrays.h" //当执行到该行时，跳过了#define SIZE 100，故SIZE为10

    故可以使用#ifndef 技巧避免重复包含

    #ifndef NAMES_H_
#define NAMES_H_

// constants
#define SLEN 32

// structure declarations
struct names_st
{
    char first[SLEN];
    char last[SLEN];
};

// typedefs
typedef struct names_st names;

// function prototypes
void get_names(names *);
void show_names(const names *);
char * s_gets(char * st, int n);

#endif

    用以下代码进行测试，是没有问题的。但是如果把上面的.h中的#ifndef 删除，程序会无法通过编译

    #include <stdio.h>
#include "names.h"
#include "names.h"   //不小心第2次包含头文件

int main()
{
    names winner = {"Less", "Ismoor"};
    printf("The winner is %s %s.\n", winner.first, winner.last);
    return 0;
}

  9. 条件编译——#if 和 #elif

    类似于if语句。#if 后面跟着整型常量表达式

    #if SYS == 1
	#include "a.h"
#elif SYS == 2
	#include "b.h"
#elif SYS == 3
	#include "c.h"
#else
	#include "d.h"
#endif

    另一个新的用法测试名称是否已经定义

    #if defined (ABC)
	#include "a.h"
#elif defined (DE)
	#include "b.h"
#elif defined (FG)
	#include "c.h"
#else
	#include "d.h"
#endif

  10. 预定义宏

    在这里插入图片描述

  11. #line 和 #error

    #1ine 指令重置__LINE__和__FILE__宏报告的行号和文件名。可以这样使用Iine：

    #line 1000 11      //把当前行号重置为1000
#line 10 "cool.c"  //把行号重置为10，把文件名重置为 cool.c

    #error 指令让预处理器发出一条错误消息，该消息包含指令中的文本。如果可能的话，编译过程应该中断。可以这样使用#error 指令：

    #if __STDC_VERSION__!= 201112L
#error Not C11
#endif

//编译以上代码生成后，输出如下：
$ gcc newish.c
newish.c:14:2: error: #error Not C11
$ gcc -std=c11 zewish.c
$

    如果编译器只支持旧标准，则会编译失败，如果支持 CI1 标准，就能成功编译。

  12. #pragma

    在现在的编译器中，可以通过命令行参数或 IDE 菜单修改编译器的一些设置。#pragma 把编译器指令放入源代码中。例如，在开发 C99 时，标准被称为 C9X，可以使用下面的编译指示 （pragma）让编译器支持 C9X：

    #pragma c9x On

  13. 泛型选择（C11)

    在程序设计中，泛型编程(generic programming）指那些没有特定类型，但是一旦指定一种类型，就可以转换成指定类型的代码。

    例如，C++在模板中可以创建泛型算法，然后编译器根据指定的类型自动使用实例化代码。C没有这种功能。然而，C11 新增了一种表达式，叫作泛型选择表达式(generic selection expression)，可根据表达式的类型（即表达式的类型是int、double 还是其他类型）选择一个值。泛型选择表达式不是预处理器指令，但是在一些泛型编程中它常用作#define 宏定义的一部分。

    下面是一个泛型选择表达式的示例：

    _Generic (x, int: 0, float: 1, double: 2, default: 3)

    _Generic 是C11 的关键宇。_Generic 后面的國括号中包含多个用逗号分隔的项。

    1. 第1个项是一个表达式，后面的每个项都由一个类型、一个冒号和一个值组成，如float：1
    2. 第1个项的类型匹配哪个标签，整个表达式的值是该标签后面的值。例如，假设上面表达式中× 是int 类型的变量，× 的类型匹配int :标签，那么整个表达式的值就是0。
    3. 如果没有与类型匹配的标签，表达式的值就是 default：标签后面的值。
    4. 泛型选择语句与 switch 语句类似，只是前者用表达式的类型匹配标签，而后者用表达式的值匹配标签。
    #include <stdio.h>
#define MYTYPE(X) _Generic((X),\
int: "int",\
float : "float",\
double: "double",\
default: "other"\
)

int main(void)
{
    int d = 5;
    printf("%s\n", MYTYPE(d));     //d是int类型，输出int
    printf("%s\n", MYTYPE(2.0*d)); //2.0*d是double类型，输出double
    printf("%s\n", MYTYPE(3L));    //3L是long类型，输出other
    printf("%s\n", MYTYPE(&d));    //&d是int * 类型输出other
    return 0;
}

  14. 内联函数（C99）

    通常，函数调用都有一定的开销，因为函数的调用过程包括建立调用、传递参数、跳转到函数代码并返回。使用宏使代码内联，可以避免这样的开销。

    C99还提供另一种方法：内联函数(inline function)。把函数变成内联函数，编译器可能会用内联代码替换函数调用，并（或）执行一些其他的优化，但是也可能不起作用。

    标准规定具有内部链接的函数可以成为内联函数，还规定了内联函数的定义与调用该函数的代码必须在同一个文件中。

    因此，最简单的方法是使用函数说明符inline和存储类别说明符static。通常，内联函数应定义在首次使用它的文件中，所以内联函数也相当于函数原型。如下所示：

    #include <stdio.h>
inline static void eatline ()   // 内联函数定义/原型
{
	while (getchar() != '\n')
		continue;
}
int main()
{
	...
	eatline();              //函数调用
	...
}

    编译器查看内联函数的定义（也是原型)，可能会用函数体中的代码替换 eatline)函数调用。也就是说，效果相当于在西数调用的位置输入函数体中的代码：

    #include <stdio.h>
inline static void eatline ()   // 内联函数定义/原型
{
	while (getchar() != 'In')
		continue;
}
int main()
{
	...
//函数调用之处相当于插入代码块
	while (getchar() != "\n')
		continue;              
	...
}

    由于并未给内联函数预留单独的代码块，所以无法获得内联函数的地址（实际上可以获得地址，不过这样做之后，编译器会生成一个非内联函数）。另外，内联函数无法在调试器中显示。

    内联函数应该比较短小。把较长的函数变成内联并未节约多少时间，因为执行函数体的时间比调用函数的时间长得多。

    编译器优化内联函数必须知道该函数定义的内容。这意味着内联函数定义与函数调用必须在同一个文件中。鉴于此，一般情况下内联函数都具有内部链接。

    因此，如果程序有多个文件都要使用某个内联函数，那么这些文件中都必须包含该内联函数的定义。最简单的做法是，把内联函数定义放入头文件，并在使用该内联函数的文件中包含该头文件即可。

    一般都不在头文件中放置可执行代码，内联函数是个特例。因为内联两数具有内部链接，所以在多个文件中定义同一个内联函数不会产生什么问题。

    与C++不同的是，C还允许混合使用内联函数定义和外部函数定义（具有外部链接的两数定义）。例如，一个程序中使用下面了个文件：

    //  file1.c
#include <stdio.h>
inline static double square(double x) { return x*x; }
void spam(double);
void masp(double);
int main()
{
    double q = square(1.3);
    
    printf("%.2f\n", q);
    spam(12.6);
    masp(1.6);
    
    return 0;
}

    //  file2.c
#include <stdio.h>
double square(double x) { return (int) (x*x); }
void spam(double v)
{
    double kv = square(v);
    printf("%.2f\n", kv);
    return;
}

    //  file3.c
#include <stdio.h>
inline double square(double x) { return (int) (x * x + 0.5); }
void masp(double w)
{
    double kw = square(w);
    printf("%.2f\n", kw);
    return;
}

    如上述代码所示，3 个文件中都定义了square() 函数。

    1. file1.c文件中是 inline static定义
    2. file2.c 文件中是普通的函数定义（因此具有外部链接）
    3. file3.c 文件中是 inline 定义，省路了static
    • 3个文件中的函数都调用了 sguare() 函数，这会发生什么情况？
      1. file1.c文件中的main()使用square()的局部static 定义。由于该定义也是inline 定义，所以编译器有可能优化代码，也许会内联该函数。
      2. file2.c文件中spam函数使用该文件中square()函数的定义，该定义具有外部链接，其他文件也可见。
      3. file3.c 文件中，编译器既可以使用该文件中square()函数的内联定义，也可以使用file2.c文件中的外部链接定义。如果像 file3.c 那样，省路file1.c 文件 inline 定中的 static，那么该 inline 定义被视为可替换的外部定义。

  15. 关于库以及一些函数的使用跳过

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swagger参考demo package com.example.swagger2.controller;import com.example.swagger2.exception.SwaggerException; import com.example.swagger2.model.User; import io.swagger.annotations.*; import org.springframework.web.bind.annotation.*;import java.util.Has…
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MySQL数据库索引优化

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一、引言 1. 索引的重要性 MySQL数据库索引的重要性主要体现在&#xff0c;一是查询速度优化&#xff0c;索引可以极大地提高查询速度。对于没有索引的表&#xff0c;MySQL必须进行全部扫描来找到所需的行&#xff0c;如果表中数据量很大&#xff0c;那么通常很慢。通过适当的…
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Python pycharm编辑器修改代码字体

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在pycharm编辑器下修改代码字体&#xff0c;可以按照以下步骤&#xff1a; 点开上图所示的菜单&#xff0c; 再点击File->Settings&#xff0c;进入设置页面。 我们找到Editor下的Font并点选&#xff0c;然后我们就可以在右侧修改字体相关配置了。 这里建议使用等宽字体&…
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数据结构第1章 线性表

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名人说&#xff1a;莫听穿林打叶声&#xff0c;何妨吟啸且徐行。—— 苏轼《定风波莫听穿林打叶声》 本篇笔记整理&#xff1a;Code_流苏(CSDN)&#xff08;一个喜欢古诗词和编程的Coder&#x1f60a;&#xff09; 目录 0、思维导图线性表1、顺序存储1&#xff09;顺序表2&…
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